CH5-1刚体运动学(第一次课)讲义.ppt
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第5章 刚体运动学 大纲要求 理解刚体模型的意义,了解刚体运动的描述。 了解质心概念及质心运动定理,并会用质心、质心运动定理处理有关问题。 理解力矩、转动惯量的概念并能进行基本计算,了解转动惯量的计算的平行轴定理。理解定轴转动定律以及应用。 理解转动中的功、能概念及功能关系。 理解角动量的概念、角动量定理、角动量守恒定律的内容及适用条件,并能分析计算有关问题。 了解进动。 * §5.1 刚体和刚体的基本运动(刚体运动学) 一. 刚体 特殊的质点系, —— 理想化模型 形状和体积不变化 在力作用下,组成物体的所有质点间的距离始终保持不变 二. 自由度 确定物体的位置所需要的独立坐标数 —— 物体的自由度数 s O i = 1 x y z O ( x , y , z ) i = 3 i = 2 x y z O 3 当刚体受到某些限制 ——自由度减少 +2 +1 i = = 6 三 刚体的基本运动 1、刚体运动时,若在刚体内所作的任一条直线都始终保持和自身平行 — 刚体平动 平动的特点 (1) 刚体中各质点的运动情况相同 (2) 刚体的平动可归结为质点运动 O 一大型回转类“观览圆盘”如图所示。圆盘的半径R=25 m,供人乘坐的吊箱高度L=2 m。若大圆盘绕水平轴均速转动,转速为0.1 r/min。 例 解 求 吊箱底部A点的轨迹及A点的速度和加速度的大小。 吊箱平动 z M I II ? P 角坐标 角速度 角加速度 (1)、 描述 刚体绕定轴转动的角量 刚体的平动和绕定轴转动是刚体的两种最简单最基本运动 2、定轴转动----刚体内各点都绕同一条固定的直线(转轴)作圆周运动 —— 定轴转动 (2) 定轴转动刚体上各点的速度和加速度 当 定轴 P × ω,? 刚体 ? 参考方向 θ z O’ r 基点O 瞬时轴 任意点都绕同一轴作圆周运动, 且 ?,? 都相同 速度与角速度的矢量关系式 加速度与角加速度的矢量关系式 定轴 P × 刚体 ? 参考方向 θ z O’ r 基点O 瞬时轴 力 F 对z 轴的力矩 力矩取决于力的大小、方向和作用点 在刚体的定轴转动中,力矩只有两个指向 ? ? h A ? 一. 力矩 力 改变刚体的转动状态 刚体获得角加速度 ? ? 质点获得加速度 改变质点的运动状态 §5.2 力矩 刚体绕定轴转动微分方程 (刚体动力学) (1) 力对点的力矩 O . (2) 力对定轴力矩的矢量形式 力矩的方向由右螺旋法则确定 (3) 讨论 h A ? x L ? O M y 例 已知棒长 L ,质量 M ,在摩擦系数为 ? 的桌面转动 (如图) 解 根据力矩 x dx T T 例如 T T 在定轴转动中,力矩可用代数值进行计算 ? 求 摩擦力对y轴的力矩 二. 刚体对定轴的转动定律 ? O 理论推证 取一质量元 切线方向 对固定轴的力矩 对所有质元 合内力矩 = 0 合外力矩 M 刚体对z轴的转动惯量 Jz ? *
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